焦炉煤气生产直接还原铁技术研究

焦炉煤气生产直接复原铁技术争论一、技术背景。进展直接复原铁生产是电炉钢短流程进展的需要。我国钢铁产量已持续连年居世界第一名，但钢铁工业构造不合钢资源缺乏，每一年的废钢入口量都在1000万吨以上；另外，废钢份稳固等特长，是进展钢铁生产短流程的根底。利用焦炉煤气生产直接复原铁是钢铁行业实现节能减排的有效途径。时能够削减二氧化碳排放量(与煤基直接复原相较，吨铁CO2排放量能够从2023kg降低到400kg以下要求，是钢铁行业实现节能减排的有效途径。多余焦炉煤气的存在为进展气基直接复原供给了根本动力。〔和加热炉)1300得利用低热值的煤制气加热焦炉〔或用于加热炉，从而置换出部份煤气的来源，为焦炉煤气规模化生产直接复原铁供给了保障。焦炉煤气利用方式的选择。两种途径：燃料化和资源化。焦炉煤气中CH4：25%〜26%，H2:56%〜%，H2发烧值仅为2580kCal/m3约为曱烷的四分之一，因此，将焦炉煤气作发烧剂不尽合理。由于氢气的复原潜能远远高于CO，因此将焦炉煤气用作复原量更低，这使得其重整负荷减轻，耗氧量削减，能量消耗也降低。焦炉煤气的利用应走资源化的道路。焦炉煤气不同利用方式的投资收益比较。焦炉煤气用于制氢或直接复原生产海綿铁能够取得最好的经济高产品附加值供给一条有利的途径。二、焦炉煤气自重整直接复原铁生产工艺。国内气基直接复原技术的进展方向。主要包括：〔水煤浆气化、粉煤气化〕配竖炉工艺生产复原铁技术方案：压煤制气技术的冲破。该方案需要有丰硕的自然气资源做保障，而我国自然气资源缺乏，而且，自然气裂解工艺简单、投资较大，因此，承受自然气作为原料气的气基直接复原工艺在我国很贵重到进展。焦炉煤气转化生产复原气配HYL工艺生产复原铁技术方案。焦炉煤气作为一种富氢气源能够用作优质复原气生产直接复原最快实现工业化。自重整直接复原铁生产工艺。MidrexHYL法为代而甲烷无法直接参与复原反映，需要第一将其转化为H2CO2，因HYL1997年开头领先完全取消了自然气重整炉，实现了自然气在竖炉内的自重整〔Self-reforming)，焦炉煤气、煤制气等多种气源的气基复原工艺，即HYL-ZR工艺。HYL-ZR方案无法取得热态的直和原铁，从而无法实现热态输送。3、焦炉煤气直接复原铁进程中的关键技术问题及对策。80%的直接复原铁生产是以自然气为原料的，自然气竖炉技术已经超级成熟。焦炉煤气与自然气相较甲烷含量较低，氢气含量高，更宜作为复原气利用，但由于焦炉煤气中杂质(S、BTX)较多，因此如何净化焦炉煤气就成为其利用的关键。甲烷自重整技术。气基直接复原一般要求复原气氛中CO+H2 > 90%，CO2+H2O/(C02+H2+C0+H20)<5%20%以上的CH4，CH4度；另外，从充分利用能源的角度动身也需要将甲烷转化加以利用，因此利用焦炉煤气与自然气一样都需要进展原料气体重整。在竖炉内在高温活性金属铁的催化下进展重整。提高温度有利于曱烷重整〔水蒸气重整〕1000℃时，曱烷的重整比较完全，因此要想实现竖炉内的自重整，反映气的温度应大于1000℃。在气基直接复原工艺中，受加热炉材质的影响，复原气最高只能加热到970℃，从1995年开头HYL工艺O212-20m3，该技术利用了特别设计的燃烧器，借助自然气的部份氧化使复原气的温度到达1085℃,氧气喷入技术的进展最终使得自重整工艺得以实现。第一套承受HYL-ZR1998年4月在墨西哥的蒙特雷薄板厂建成投产，该装置的运行实践证明白曱烷自重整技术的可行性。S的影响。的分派问题.40%的硫在CO2吸附环节被去除，60%的硫进入直接复原铁。气体对加热炉管壁的侵蚀问题。和氧化侵蚀。H2SS浓度超过管壁吸附力量从而形成Ni-S溶体和CrS等内硫化物，从而破坏管壁造成侵蚀。直接复原工艺对S含量的要求。厂送出的焦炉煤气进展脱硫，将煤气中的H2S20mg/以下。焦炉煤气中焦油、萘的影响。HYL-ZR力约5kPa，因此需要上煤气增压设施对焦炉煤气进展加压。由于焦炉煤气中含有焦油≤50mg/，萘≤500mg/，因此在增压的进程中会析50mg/10mg/以下。焦炉煤气中BTX(苯、甲苯、二甲苯〕的影响。HYL-ZR直接复原工艺与利用自然气相较，由于焦炉煤气中含有BTX苯、甲苯、二曱苯混合物〔从焦化厂送出的焦炉煤气中BTX<4000mg/)，而BTX对HYL-ZR工艺BTXHYL-ZR工艺可否打通的技术关键。HYL-ZRBTX分解。该方式已经取得试验室结果的支持，但通工业规模的运行效果也有待于进一步查验。直接复原铁热态输送技术〔HYTEMP)HYTEMPHYL-ZRO2喷入技术之外的另一项主要技术，该技术通过一个专用的气体加热装置，将运载气体〔工艺气或N2)600700℃的直接复原铁直接1998年在墨西哥的蒙特雷电炉厂投入工艺生产。通过直接复原济效益，同时能够削减温室气体排放。电炉利用热态〔700°C)高碳DRI130kWh/t30%，20%。HYTEMP工艺产品具有高温顺高含碳量的特点，其优势主要体DRI的显热进展回收利用，有必要开发烧态DRI生产工艺。吨钢耗电量和吨钢本钱与金属化率和碳含量等因素的关系。热态DRI生产工艺及BTX裂解技术线路探讨。的有前途的焦炉煤气处置工艺应当能够合理有效的利用二次BTX对复原工艺的危害，主要体此刻加热和加压进程中的析碳和焦油析出，因此，应在焦炉煤气进入直接复原系统之前进展煤气精制。方案一：〔650°C)置高温裂解炉〔1200-1250°C)，使焦油、BTX等杂质分解。方案二：果。方案三：BTX杂质与甲烷相较，热稳固性差，更易发生重整反映，因此能够考虑承受重整法对焦炉煤气进展净化处置。与方案一相像，的方式将焦炉煤气由650℃左右上升至800-1000℃,在催化剂的作用蒸气使焦炉煤气中的焦油等大分子化合物优先裂解而大部份甲烷并未分解。100%DRI电炉炼钢。100%DRI为原料进展炼钢生产实例，位于阿联酋阿布扎比的ESI钢铁公司和米塔尔公司在墨西哥也有6个全100%DRI电炉炼钢不存在技术1%40增加64千克，铁损失约上升千克，因此电炉是不是承受100%DRI需要统筹考虑本钱问题。对球团原料的要求。由于HYL竖炉对球团矿的复原是在铁矿石软化温度以下进展的HYL-ZRS、P、碱度等性能指标没有特别要求。化学性能：物理和机械性能：冶金性能：焦炉煤气重整的方式。曱烷水蒸气重整。CH4+H2O=3H2+COH2O+CO=H2+CO2

(1)(2)1H2/CO2重整后的H2/CO为5-7气重整法。曱烷部份氧化重整。CH4+1/2O2=2H2+CO (3)90%以上的热力学平衡转化率，反映的H2/CO为。甲烷CO2重整.CH4+CO2=2H2+2CO CO2+H2=H2O+CO (5)该法能够充分利用CO2，削减碳排放，反映的H2/CO约为2。反映产物的H2/CO对复原反映的影响。1/4Fe3O4(s)+H2=3/4Fe(s)+H2O(g) AGº= 〔6〕1/4Fe3O4(s)+CO=3/4Fe(s)+CO2 AGº=-9832+ 〔7〕H2/CO越高则复原系统的热负荷也越高。反映温度为90H2/CO对复原气用量的影响。富氢气体的热力学利用率随氢含量的增加而提高，因此提高H2/CO有利于提高复原气的综合利用率映，提高煤气的H2/CO吨铁复原需要的热量增加，同时由于炉内热反映炉内热平衡和化学平衡之间的冲突打算了富氢气体一次利用率极限的存在。自重整工艺入炉气体温度约1085℃，为了维持必定的反映温度，复原气的温降就具有的必定的局限性。取气体温降为 250℃，当H2/CO=时，复原气利用率接近热力学利用率，约%;当H2/CO>时，复原气的利用率快速降低，适宜的H2/CO应为1-2。目前，水蒸汽重整的气体产物的H2/CO太高的H2/CO较难知足富氢煤气复原的经济性要求假设对焦炉煤气进展CO2重整能够在不引入H2的前提下，增加CO的量有利于重整产物H2/CO的降低为此对焦炉煤气CO2重整进程进展了热力学模拟计算。焦炉煤气CO2重整热力学计算。典型焦炉煤气成份：联立：分压总和方程，独立反映的平衡常数方程元素原子摩尔量恒定方程对平衡态气体组分含量进展计算。CH4CO2配入量的增加渐渐削减；CO2配入量>20%时，H2/CO<2，CO2配入量>30%时，开头消灭H2O和CO2，甲烷的95%以上。不同CO2配加量对H2/CO的影响温度对气体产物的H2/COH2/CO快速降低。900CO2重整反映温1000℃。H2/CO的影响压力对CO2CH4的转化，但系统压力对复原气体总量影响显著。反映压力对H2/CO的影响焦炉煤气CO2重整与水蒸气重整效果的比较。H2/CO的影响较小，H2/COCO2的配入量，通过转变